改性双基推进剂黏弹-黏塑性本构模型

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1、航空学报ActaAeronauticaelAstronauticaSinicaApr．252017V01．38No．4SSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．eduCR改性双基推进剂黏弹一黏塑性本构模型王鸿丽，许进升。，陈雄，周长省南京理工大学机械工程学院，南京210094摘要：为了表征改性双基推进剂的力学行为，推导出改性双基推进剂黏弹一黏塑性本构模型。利用一系列蠕变一回复试验，将材料的总应变分离为黏弹性应变和黏塑性应变，使用最小二乘法获得了黏弹性参数，使用Nelder—Mead单纯形优化算法，结合后向Eu

2、ler数值方法获得了黏塑性参数。通过不同应力水平和不同加载时间的蠕变一回复试验对模型进行了验证，结果表明，在应力水平较低或加载时间较短的情况下，模型预测与试验值变化趋势基本一致，模型获得的黏弹性应变与黏塑性应变在总应变中所占的比例与试验吻合。改性双基推进剂黏弹一黏塑性本构模型能够在一定范围内描述材料的力学性能。关键词：航空航天推进系统；固体力学；改性双基推进剂；黏弹一黏塑性模型；蠕变一回复中图分类号：V512文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)04—220505—08固体火箭发动机广泛应用于军事武器和航空航天领域中。固体火箭发动机装药结构完整性问题影响着火箭

3、武器的安全性和可靠性，是目前固体火箭发动机研发过程中非常关键的任务。改性双基推进剂作为一种常用的固体火箭推进剂，其力学性能的研究对固体火箭发动机装药结构完整性的分析意义重大。固体火箭推进剂作为一种颗粒填充材料，其力学性能十分复杂，Sun等[1]研究了改性双基推进剂准静态和动态压缩载荷下率相关和温度相关的力学特性，试验结果显示改性双基推进剂的屈服应力、初始压缩模量、最大应变都受到应变率和温度的显著影响。为了获得固体火箭推进剂的力学性能，许多学者对推进剂的本构模型进行了研究。Xu等‘21建立了热一损伤一黏弹性本构模型来描述端羟基聚丁二烯(HTPB)复合推进剂的力学性能，该模型可以

4、预测宽泛温度条件下推进剂的黏弹性变形。Deng等[3]通过剪切松弛实验获得了不同温度下固体推进剂的松弛剪切模量主曲线和时温等效参数，使得固体推进剂的黏弹性力学模型具有温度相关性。龚建良等[4]基于热力学能量守恒定律，确定了在单向拉伸载荷作用下材料的本构关系。孟红磊口]针对改性双基推进剂的非线性力学行为，提出了一种含累积损伤的非线性黏弹性本构模型，能够较好地描述材料在发生屈服之前的应力一应变关系。常新龙等[63分析了HTPB推进剂在高应变率下的力学响应，在Burke模型的基础上结合超弹性和黏弹性理论，建立了一种考虑温度和率效应的本构模型。邓凯等[73将Schapery本构模型和

5、Perzyna黏塑性本构模型组合建立了复合推进剂黏弹塑性本构模型。张建彬口1建立了双基推进剂的黏弹塑性本构模型，该模型的黏塑性应变服从应变硬化模型。以上对固体火箭推进剂本构模型的研究中，收稿日期：2016—06—07；退修日期：2016—07—15；录用日期：2016—08—17；网络出版时间：2016·08-1914：21网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929V20160819．1421002html基金项目：江苏省自然科学基金(BK20140772)*通讯作者．E-mail：xujinsheng@njusteducn}

6、用格式s壬鸿丽，

7、诤进升．睬雄．等改性双基推连莉黏弹-黏塑性本构模型￡J-．航空学摄．2017，38(4)：220505．WANGHL．XUJS。CHENX。etaliViscoelastic—viscoplasticconstitutivemodelformodifieddoublebasepropellan虻Jj．ActaAeronauticaetAstro—nauticaSinica，2017，38(4)j220505220505．1航空学报大多数建立了材料可恢复变形的本构模型，在少数研究中建立了不可恢复变形的本构模型，但并未对模型中可恢复变形与不可恢复变形的分配是否与试验相吻合进行进一

8、步探讨。为此，本文引入了一种黏弹一黏塑性本构模型来描述改性双基推进剂的力学行为，通过一系列蠕变一回复试验求得了模型参数，并分析了可恢复变形和不可恢复变形与试验的吻合程度。1黏弹一黏塑性本构模型在固体材料本构模型的研究中，一般将可恢复应变与不可恢复应变分离开来进行建模。其中可恢复应变部分建立弹性与黏弹性模型，不可恢复应变部分建立塑性与黏塑性模型。Darabi等[91叩对沥青混合料建立了热黏弹一黏塑一黏损伤本构模型，能够描述材料与温度相关的力学特性。Kim和Muliana[11]研究了颗粒增强材料的黏弹一黏